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煤粉富氧燃烧在CO2分离和固定领域中具有明显的优势,但由于空分系统和CO2净化压缩系统能耗巨大,造成系统的经济性较差,加压富氧燃烧技术是在富氧燃烧技术的基础上提出来的,基于加压富氧燃烧技术的发电系统具有更高的发电效率,本文对0.1~5 MPa条件下煤粉的燃烧特性和加压富氧燃烧系统的能耗进行了分析。本文构建了加压富氧近零排放发电系统,空分制氧、煤粉燃烧、烟气中CO2分离压缩过程均在高压下进行,利用高压烟气冷凝器回收锅炉排烟中水蒸气的气化潜热,提高了发电系统效率;同时,用多级压缩加中冷的方法液化回收烟气中的 CO2。在加压气氛下,煤粉的燃烧特性与常压气氛下存在很大的差别。本文应用高压TGA 设备,研究了不同压力(0.1 MPa,1 MPa,2 MPa,3 MPa,4 MPa、5 MPa等6种压力条件)、不同氧气和二氧化碳比例(21%02/79%CO2、30%02/70%CO2、40%02/60%CO2等3种体积比)、不同煤种(烟煤、褐煤)条件下煤粉的燃烧和燃尽特性,获得了燃烧动力学参数。结果显示:相对于常压富氧气氛,加压富氧气氛下煤粉的着火温度更低,综合燃烧性能更好;在相同O2/CO2比例条件下,随着压力的逐渐增大,煤粉的着火温度先逐渐降低再逐渐增大,3 MPa时着火点最低,综合燃烧性能最好;在同一压力条件下,随着氧气浓度的提高,煤粉的失重提前,氧气浓度越高,反应越剧烈;烟煤和褐煤TG曲线和DTG曲线随压力变化的规律是一致的,但由于两个煤种挥发分含量的差异,在相同压力条件下,褐煤燃烧反应速度更快;指数为1的随机成核和随后生长函数可以较好地表征加压富氧条件下煤粉燃烧的动力学过程。煤粉燃烧的烟气成分在不同的压力条件下存在一定的区别,本文利用搭建的加压富氧固定床试验台分析了不同压力条件下煤粉燃烧烟气成分的变化情况。结果表明:在加压富氧条件下,煤粉的着火时间均小于常压气氛,燃尽时间普遍高于常压气氛;对于褐煤和烟煤而言,煤粉燃烧的平均温度均高于常压气氛,这说明提升压力,可以提高煤粉的燃烧强度;不论烟煤还是褐煤,各个压力条件下氧气浓度随时间变化的规律是一致的,烟煤由于挥发分含量较低,初始阶段不同压力条件下O2浓度变化不明显;适当提高反应压力(<2 MPa),烟气中的CH4含量会提高,当压力进一步提高,CH4的生成量会降低;烟气中CO和CO2的生成规律正好相反,在低压条件下,由于烟气流速较快,不利于煤粉颗粒和氧气混合燃烧,造成低压条件下烟气中CO的浓度较高,高压条件下,由于烟气流速较慢,有利于煤粉完全燃烧,CO2浓度较高,实验条件下CO2的最高体积浓度接近90%。以某300 MW燃煤锅炉为研究对象,利用ASPEN PLUS软件建立了加压条件下煤粉富氧燃烧发电系统模型,研究了不同压力条件下系统的能耗。随着压力的上升,空分制氧能耗逐渐增大,当压力从0.1 MPa到5 MPa,制氧能耗从64.862 MW上升到115.025 MW,单位制氧能耗也从0.309kWh/m3上升到0.548 kWh/m3;烟气压缩系统的能耗随着压力的升高而逐渐降低,0.1 MPa时,烟气压缩系统能耗最大,为41.325 MW;随着压力的升高,可以从烟气中回收水蒸气的气化潜热,部分补偿了空分系统能耗;加压富氧燃烧系统相对于常压富氧燃烧系统,电厂净效率更高。当压力从0.1 MPa提升到2 MPa时,发电系统的净效率从27.73%提高到29.28%,2 MPa条件下电厂净效率最高。